适用于静电喷涂的飞机蒙皮聚氨酯面漆的研制

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(海洋涂料国家重点实验室，海洋化工研究院有限公司，山东青岛 266071)

适用于静电喷涂的飞机蒙皮聚氨酯面漆的研制

阮润琦，薛玉华，步明升，汪威，王黎，郭年华

(海洋涂料国家重点实验室，海洋化工研究院有限公司，山东青岛 266071)

介绍了静电喷涂的原理、优点，通过对飞机蒙皮用聚氨酯面漆中稀料的配比、粘度、电阻率的调整，使其适用于瓦格纳尔静电喷涂设备来进行静电喷涂。

静电喷涂，电阻率，配比，粘度

飞机在高空飞行时，承受着恶劣的环境，比如：高温、低温、酸雨等，因此飞机蒙皮涂料的性能要求极高；飞机蒙皮涂料直接与外界相接触，受力复杂，不仅要求强度高，塑性较好，而且要求表面光滑，同时具有一定的耐高低温性、耐腐蚀性、抗冲击性等[1]；所以飞机蒙皮涂料既具有保护作用，又有优良的装饰性。传统的空气喷涂虽然也能到达一定的涂装效果，但与静电喷涂相比，则污染严重，涂料上漆率低，涂装环境差。本文主要是对现有的用于常规空气喷涂的飞机面漆配方进行改进，使改进后的配方符合静电喷涂的工艺要求，并测试静电喷涂后的性能。

1 静电喷涂原理

静电喷涂是利用高压静电电场将雾化且带负电的涂料粒子吸引到目标物体(喷涂对象)的一种喷涂方法[2]。静电喷涂设备工作时，喷枪高速旋转，使漆在喷枪内壁形成均匀的膜，在离心力的作用下，甩出杯，喷枪嘴附近的电极针作为阴极，与高压电源的负极相连，被涂物质作为阳极并接地。两极之间形成高压静电场，阴极产生电晕放电，涂料经喷嘴雾化并带上电，在电场力及离心力的作用下，雾化且带电的涂料液滴飞向被涂工件上，放电后附着在被涂物(工件)上，形成均匀的涂膜[3]。同时，因“静电环抱”现象的存在，工件的背面部分也会涂上涂料。静电喷涂原理示意图见图1[4]。

喷枪的旋转速度、静电场的强度、涂料液滴的雾化状态、涂料的导电性能等都是影响静电喷涂的因素。本文对配方进行调整，从而研制出符合静电喷涂的飞机蒙皮静电面漆。因此涂料的导电性能是主要讨论的问题。

图1 静电喷涂原理Fig.1 Principle of electrostatic spraying

2 实验部分

2.1 主要原材料

树脂：拜耳800聚酯；异氰酸类固化剂：Desmodur N3900，拜耳公司；异氰酸类固化剂：IH12PU-N，自制；分散剂、润湿剂、流平剂，BYK公司；消泡剂，Afcona 公司；溶剂，青岛永安化学。

2.2 仪器

高速搅拌分散机，LMZ0.5耐驰棒销式砂磨机，电子秤，刮板计，涂-4杯，瓦格纳尔2024电阻仪，瓦格纳尔静电喷涂设备，电热鼓风干燥箱。

2.3 实验步骤

按照配方，依次加入树脂、助剂、颜填料、少量溶剂(电阻率较大的溶剂，后面会对该问题进行讨论)，将A组分配出来，用高速搅拌分散机分散0.5h，分散好后研磨3～5遍，使其细度≤20μm。按一定配比混合A、B、C三组分，用涂-4杯测试初始粘度，用瓦格纳尔2024电阻仪测试混合后的电阻率，调试好静电喷涂设备，当初始粘度及混合电阻率

符合静电喷涂要求时，进行静电喷涂并测试喷涂后的性能。面漆配方见表1。

表1 面漆基本配方Table 1 The basic formulation of topcoat

3 结果与讨论

根据静电喷涂的原理，涂料雾化后的载电荷能力与涂料的导电性能有关。涂料的电阻必须在一定的范围才能满足静电喷涂的要求。涂料的电阻率高，则雾化后的涂料不容易带电；电阻率低，高压静电场容易漏电，对设备绝缘等要求更高。选择适宜的溶剂，使涂料(ABC三组分混合)的电阻率在5MΩ·cm～50MΩ·cm[5]并调整涂料的粘度，粘度一般为15s～20s(涂-4杯)，使其符合静电喷涂的工艺参数。本文主要是对涂料的C组分进行调整。如表2所示，为原用于空气喷涂与用于静电喷涂的各组分及混合后的电阻率对比。

表2 空气喷涂与静电喷涂涂料的电阻率对比Table 2 The resistivity comparison of air spray and electrostatic spray coating

3.1 溶剂的筛选

常规喷涂的C组分电阻率较低，混合后的ABC三组分电阻率也较低，不利于静电喷涂。常规喷涂的C组分主要是酯类及酮类，而酯类及酮类的电阻率偏低，因此，需将C组分中低电阻率的溶剂替换为高电阻率的溶剂，A、B组分中的少量溶剂换成电阻率高的溶剂。常用的溶剂电阻率等参数如表3所示。

表3 常用的溶剂电阻率Table 3 The resistivity of commonly used solvent

将原电阻率较低的酮类、酯类换成芳烃类，部分电阻率低的酮换成电阻率高的酮，同时要考虑到溶剂闪点的问题，闪点过低，在实际存储、运输过程及静电喷涂时，存在安全隐患，易引发火灾。闪点过低的酮类完全替换成较高闪点的酮或者芳烃。按照不同的配比配制C组分，使混合后的三组分电阻率在5MΩ·cm～50MΩ·cm之间，并能充分溶解A、B组分。

3.2 配比的确定

A、B、C三组分间的配比关系应满足静电设备的喷涂的要求。ABC三组分混合后粘度(涂-4杯)应在一定范围内，经实验，初始混合粘度在15s～20s喷涂效果比较好。粘度太小，喷涂流挂；粘度太大，漆膜厚且表面有皱纹，不美观。保证初始粘度的同时还需调整静电涂料的适用期。3h后ABC混合粘度在25s以下即可。静电喷涂漆不同配比的初始及3h后的性能测试如表4所示。

表4 不同配比初始及3h后的性能测试Table 4 The performance test of different ratio of the initial and 3h after

由表4可知，ABC三组分配比为2∶0.8∶0.5～0.6时，混合后的电阻率在5MΩ·cm～50MΩ·cm之间，能用于静电喷涂，初始粘度在15s～20s间，喷涂时平整光滑无流挂，且适用期大于3h，方便施工。

3.3 静电喷涂的优点

与常规空气喷涂相比，静电喷涂具有诸多优点[6]：

(1)利用率高。带电的漆雾在电场作用下有效地附着在工件表面，涂料的利用率可达80%。

(2)装饰性好。静电喷涂时，雾化的涂料均匀地分散，形成的漆膜均匀而细腻[7]。

(3)节省喷涂时间。静电喷涂能全方位喷涂大面积的工件，而常规空气喷涂则不能。

(4)更环保。静电喷涂的涂料利用率高，雾化的涂料在电场力的作用下大部分都飞向工件。相较于常规空气喷涂，污染少。

4 结论

通过对适用于常规空气喷涂的聚氨酯蒙皮面漆的C组分进行调整，使其满足瓦格纳尔静电喷涂设备的喷涂要求。即ABC三组分混合粘度在17s～20s间，适用期大于3h，混合后的电阻率在30MΩ·cm～40MΩ·cm之间。

静电蒙皮面漆的研制既提高了涂料的利用率，减少了污染，降低了成本，又节省了喷涂时间。

[1] 陆文明，季建霞，赵保华，等.飞机蒙皮表面的预处理及涂装[J].上海涂料，2016(4)：13.

[2] 徐景秀.静电喷涂用胶粘剂的性能[J].世界橡胶工业，2010，37(10)：20-23.

[3] 张燕，张行，刘朝辉，等.热喷涂技术与热喷涂材料的发展现状[J].装备环境工程，2013，10(3)：59-62.

[4] 唐勇华. 汽车涂装生产中的静电喷涂简介[J].现代涂料与涂装，2009，12(3)：39-40.

[5] 孙道兴，周晓东，刘香兰.静电喷涂技术在溶剂型涂料中的应用[J].涂料工业，2004，34(6)：24-26.

[6] 星海.静电喷涂技术的应用及其优点[J].文体工业科技，1992(3)：9-10.

[7] 胡帅，潘兴旺，孙自松，等.浅谈静电喷涂技术及机械手喷涂参数设置[J].上海涂料，2013，51(12)：36-40.

TheDevelopmentofPolyurethaneAircraftTopcoatWhichIsSuitableforElectrostaticSpraying

RUAN Run-qi，XUE Yu-hua，BU Ming-sheng，WANG Wei，WANG Li，GUO Nian-hua

(State Key Laboratory of Marine Coatings，Marine Chemicals Research Institute，Qingdao 266071，Shandong，China)

The principle and the advantages of electrostatic spraying were introduced in this paper. Through adjusting the resistivity，ratio and viscosity of the aircraft polyurethane topcoat，it can be used by Wagner electrostatic spraying equipment which is for electrostatic spraying.

electrostatic spraying，resistivity，ratio，viscosity

TQ 613.3